小流域梯田土壤有機(jī)碳含量及其固碳潛力

孟和　郭月峰　張美麗　祁偉　秦富倉　姚云峰

摘要：以內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗黃花甸子流域梯田土壤為研究對(duì)象，選取玉米地0～20、20～40、40～60 cm土層土壤，運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)分析、差異性分析以及土地利用方式對(duì)比法探究樣地土壤有機(jī)碳含量狀況及其固碳潛力。研究表明：（1）黃花甸子流域梯田土壤有機(jī)碳含量從表層到底層逐漸減少，具有表聚現(xiàn)象。梯田60 cm深度土壤平均有機(jī)碳含量為6.67 g/kg，轉(zhuǎn)換為有機(jī)質(zhì)是11.50 g/kg，處于中等水平。（2）梯田土壤退耕還林后，各層土壤固碳潛力由大到小表現(xiàn)為耕層>中層>底層，耕層是梯田土壤中最具固碳潛力的部分。在以后的農(nóng)作活動(dòng)中，應(yīng)該著重保護(hù)表層土壤，增加耕層土壤碳累積，充分發(fā)揮農(nóng)田的固碳功能。（3）土壤60 cm深度的現(xiàn)實(shí)固碳潛力為0.024 32×106 t。

關(guān)鍵詞：梯田;土壤;有機(jī)碳含量;表聚現(xiàn)象;固碳潛力

中圖分類號(hào)： S153.6? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）04-0237-05

土壤為養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程提供了載體[1-2]。土壤有機(jī)質(zhì)是陸地生物圈生物地球化學(xué)循環(huán)過程的主要成分之一，其主要指土壤含碳有機(jī)物，可指示土壤健康狀況，是土壤的重要組成部分[3]。有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)碳能協(xié)調(diào)土壤水、氣關(guān)系，改善土壤結(jié)構(gòu)及其通氣性，維持和改良土壤肥力以提高土壤生產(chǎn)力。農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量是衡量土壤肥力和耕地地力最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)之一[2]。土壤有機(jī)碳（SOC）庫可吸存大量CO2、CH4等溫室氣體[4]。通過增加農(nóng)田土壤固碳量，可有效減小大氣中CO2濃度，同時(shí)也能保障糧食安全[2]。因此，掌握土壤有機(jī)碳含量水平及其固碳潛力，對(duì)于明晰當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤肥力水平并采取科學(xué)合理的管理措施進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。

梯田能有效控制中國(guó)丘陵溝壑區(qū)內(nèi)流域坡耕地水土流失的狀況并提高耕地地力，其具備良好的通風(fēng)透光性，利于作物生長(zhǎng)和土壤有機(jī)物的累積，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5-8]。流域是地面水和地下水天然匯集的區(qū)域，也是目前水土流失治理和開發(fā)，用以發(fā)揮小流域水土資源經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的基本單元。流域環(huán)境中的土壤濕度較高，有利于有機(jī)物質(zhì)腐解轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存于土壤中。研究流域梯田土壤有機(jī)碳肥力狀況及其固碳潛力對(duì)流域治理及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。目前，國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者對(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳的研究成果已有很多，梯田土壤質(zhì)量恢復(fù)以及有機(jī)碳時(shí)空分布、變化是梯田土壤研究的主要方面[9-15]。但以小流域梯田土壤為研究對(duì)象，探討其有機(jī)碳含量及土壤碳固定潛力的研究較少。

本試驗(yàn)主要以種植歷史悠久的內(nèi)蒙古東部梯田為研究對(duì)象，通過實(shí)地采樣法取得土壤有機(jī)碳含量及儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)分析、差異性分析以及土地利用方式對(duì)比法，對(duì)敖漢旗黃花甸子小流域梯田土壤有機(jī)碳含量及其固碳潛力進(jìn)行研究，以期為流域梯田土壤改良、精準(zhǔn)管理及碳庫研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域地處內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗西部的黃花甸子流域，其北面與老哈河中游和科爾沁沙地相鄰[16]。其地理坐標(biāo)在119°36′～119°53′E、42°17′～42°33′N之間，流域土地的總面積約為32 km2。農(nóng)耕地面積為12.29 km2，占流域總面積的38.41%，屬于典型梯田區(qū)。耕地中旱地約 11.08 km2，水澆地約1.21 km2，作物平均生長(zhǎng)層為0～40 cm，深40～60 cm的土壤是介于生長(zhǎng)層與非生長(zhǎng)層間的土壤。農(nóng)田平均耕作深度為20 cm，土地翻耕以機(jī)械翻耕為主，每年2次。林地、草地、建筑用地、水域、未利用地面積分別為 12.13、1.95、1.33、1.84、2.46 km2，分別占流域總面積的 37.91%、6.09%、4.16%、5.75%、7.69%。流域位于低山丘陵區(qū)，地勢(shì)起伏較小，該區(qū)屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明[16]。年降雨量和蒸發(fā)量分別為400～470、2 290～2 400 mm，全年日照數(shù)2 940～3 060 h，10 ℃以上積溫為3 189 ℃[16]。該流域年平均風(fēng)速在4～6 m/s之間，春季風(fēng)力大且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)[16]。作為東北糧食主產(chǎn)區(qū)之一的敖漢旗，其土壤類型為栗鈣土，氣溫日差較大，降雨和高溫同步，擁有有效積溫條件，能夠產(chǎn)出高品質(zhì)且營(yíng)養(yǎng)豐富的雜糧。因此，敖漢有“綠色雜糧產(chǎn)地”的美譽(yù)，其曾被評(píng)為國(guó)家商品糧基地和內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)糧十強(qiáng)縣（旗）之一[17]。研究區(qū)的農(nóng)作物為1年1熟型，主要種植玉米、谷子等糧食作物（圖1）。

2 研究材料與方法

2.1 取樣地設(shè)置及梯田調(diào)查

研究區(qū)玉米種植面積占作物總種植面積的73%，因此，研究區(qū)所選樣地以種植玉米的旱作梯田為主。根據(jù)敖漢旗黃花甸子流域土地利用現(xiàn)狀圖及該流域梯田分布狀況，為消除作物本身生長(zhǎng)及他因素對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，筆者選擇在2015年10月下旬對(duì)該流域梯田60 cm深度土壤進(jìn)行統(tǒng)一取樣，此時(shí)玉米已成熟，土壤環(huán)境基本穩(wěn)定。田內(nèi)耕作方式：春季耕種后，夏季鋤雜草2次，秋季作物收獲后深耕1次，以疏松土壤、蓄水保墑。梯田面積、田塊位置信息由當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門提供，對(duì)此筆者進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量并核實(shí)。試驗(yàn)共采集該流域內(nèi)梯田20塊樣地和成熟退耕林地5塊樣地的土壤。

2.2 土壤采集

采樣時(shí)，為使采樣全面、充分反映梯田特征，確定采樣點(diǎn)時(shí)須觀察田塊的形狀。若梯田是正方形，則采用“梅花形”設(shè)點(diǎn)采樣;若為長(zhǎng)方形，則采用“S”形布點(diǎn)取樣。每個(gè)樣地均選取4個(gè)采樣點(diǎn)，用環(huán)刀自下而上分別采集40～60 cm（底層）、20～40 cm（中層）、0～20 cm（耕層）3個(gè)土層的土壤樣品，每層重復(fù)取樣3個(gè)，并記錄環(huán)刀濕土質(zhì)量。同時(shí)，觀察并記載采樣點(diǎn)的土壤剖面特征信息，作為核查、評(píng)定、分析土壤性質(zhì)的資料及參考數(shù)據(jù)。將采集的土樣混合均勻，采用四分法選取足量的土壤各2份，一份裝入鋁盒，放入105 ℃烘箱烘干，供土壤容重的測(cè)定;另一份裝入無菌袋，去除碎石等雜質(zhì)并風(fēng)干后，過2 mm篩，取0.5 kg干樣品供土壤有機(jī)碳含量的測(cè)定。共計(jì)選取不同層次土壤樣品300個(gè)。

2.3 土壤分析方法

土壤容重參照LY/T 1215—1999《森林土壤水分——物理性質(zhì)的測(cè)定》，采用環(huán)刀法測(cè)定。土壤有機(jī)碳含量采用《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》（參照中國(guó)土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì)編）中的重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測(cè)定。按照全國(guó)第2次土壤普查結(jié)果，土壤有機(jī)質(zhì)含量被分為以下等級(jí)：一級(jí)>40 g/kg;二級(jí)30～40 g/kg;三級(jí)20～30 g/kg;四級(jí)10～20 g/kg;五級(jí)6～10 g/kg;六級(jí)<6 g/kg[17]。依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)分別將一、二級(jí)，三、四級(jí)，五、六級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳視為高等、中等、低等水平。

2.4 土壤固碳潛力的計(jì)算

通過計(jì)算土壤碳密度、碳儲(chǔ)量，進(jìn)而得到相應(yīng)田內(nèi)土壤固碳潛力狀況的數(shù)據(jù)。

2.4.1 土壤有機(jī)碳密度 土壤有機(jī)碳密度被用于衡量單位面積一定深度土體中的有機(jī)碳儲(chǔ)量[13]。其公式如下：

式中：i為土壤層;di為各層土壤厚度，cm;pi為土壤容重，g/cm3;Oi為土壤有機(jī)碳含量，g/kg;Vi指第i層土壤中直徑大于2 mm的礫石所占的體積比，%，由于研究區(qū)梯田土壤含礫石量較少，可忽略不計(jì)，因此公式中的Vi值為0。SOCi為第i層土壤碳密度，kg/m2;本試驗(yàn)的整體土層深度為 60 cm，每 20 cm 劃分為1層。

2.4.2 土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量 根據(jù)黃花甸子流域梯田采樣點(diǎn)各層土壤有機(jī)碳密度和相應(yīng)面積，算出該流域梯田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。計(jì)算公式如下[18]：

式中：Si為各土壤所占的面積，km2;POCi為第i層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，t。

2.4.3 土壤固碳潛力 土壤固碳潛力可指示土壤質(zhì)量，碳固定潛力大且優(yōu)質(zhì)的土壤對(duì)外界干擾有良好的自我修復(fù)能力。West等把一定氣候、溫度、土壤母質(zhì)等環(huán)境條件下，土壤現(xiàn)存碳儲(chǔ)量與新的穩(wěn)定狀態(tài)下土壤碳儲(chǔ)量的差值定義為固碳潛力[19]。優(yōu)質(zhì)農(nóng)田的土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其有機(jī)碳含量更接近飽和水平。能夠從貧瘠轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)的土壤具有一定固碳潛力。此外，有關(guān)研究者得出，農(nóng)田退耕還林后，土壤有機(jī)質(zhì)含量和耕地地力會(huì)提高[17]?；谝陨鲜聦?shí)，本試驗(yàn)中農(nóng)田土壤固碳潛力的計(jì)算方法為土地利用方式對(duì)比差值法。本研究的固碳潛力是在當(dāng)?shù)貧夂?、土壤等環(huán)境條件一定的情況下，梯田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值卦谖磥硪欢螘r(shí)間內(nèi)的固碳增加值。其計(jì)算公式如下：

式中：CSP為農(nóng)田土壤固碳潛力，t;CSr為退耕還林地的碳儲(chǔ)量，t;CS為農(nóng)田土壤現(xiàn)存碳儲(chǔ)量，t[17]。保證碳庫增加的理想狀態(tài)是將所有農(nóng)田退耕，此時(shí)的碳庫增加值為理想固碳潛力。但是，人口增加帶來的糧食短缺問題只容許把一部分農(nóng)田退耕，而另一部分則用于滿足當(dāng)?shù)厝说募Z食需求。部分退耕地帶來的碳庫增加值即為梯田現(xiàn)實(shí)固碳潛力。

2.5 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)計(jì)算及作圖采用Excel 2007，相關(guān)數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析、方差分析等采用SAS 9.0軟件進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 梯田土壤有機(jī)碳含量狀況

有機(jī)質(zhì)是土壤中促進(jìn)作物生長(zhǎng)的重要養(yǎng)分之一，而有機(jī)質(zhì)中的很大一部分是有機(jī)碳。由表1可知，研究區(qū)梯田深 60 cm 的土壤有機(jī)碳含量為0.74～11.17 g/kg，平均含量為5.49～7.58 g/kg。隨著土層深度的增加，土壤有機(jī)碳含量逐漸減少。耕層（0～20 cm）平均有機(jī)碳含量占深60 cm土層土壤有機(jī)碳含量的37.92%，土壤有機(jī)碳耕層聚集現(xiàn)象明顯。方差分析表明，在0.05水平下，黃花甸子小流域農(nóng)田耕層與中層的土壤有機(jī)碳含量差異性不顯著，這2層分別與底層的土壤有機(jī)碳含量差異性顯著。這是因?yàn)楦麑泳哂械耐庠从袡C(jī)肥較多，且作物根系主要聚集于此，同時(shí)較好的通氣、熱條件而有利于土壤有機(jī)物被微生物分解為有機(jī)碳。然而，底層土壤長(zhǎng)期不翻耕，缺乏與外界物質(zhì)的交換，有機(jī)碳不易積累[20-21]。

變異系數(shù)（CV）反映了不同深度的土層土壤有機(jī)碳含量的變異程度。當(dāng)CV<10%時(shí)，為弱變異;當(dāng)10%≤CV<100%時(shí)，為中等變異;當(dāng)CV≥100%時(shí)，為強(qiáng)變異[22]。據(jù)此可知，黃花甸子流域梯田土壤不同土層有機(jī)碳含量均為中等變異水平，數(shù)據(jù)離散程度適中。其中，耕層變異系數(shù)最大，底層最小。這是因?yàn)楦麑邮苋藶榛顒?dòng)影響劇烈，有機(jī)碳含量波動(dòng)較大，而該地梯田土壤有效耕作土層平均為0～20 cm，底層土壤基本與外界隔絕，受環(huán)境及人為因子影響很小。因此，土壤底層中的有機(jī)碳含量相對(duì)穩(wěn)定。耕層和中層土壤有機(jī)碳的偏度系數(shù)為負(fù)，說明此時(shí)有機(jī)碳含量分布具有左側(cè)較長(zhǎng)尾部，較高值相對(duì)較多。底層的偏度系數(shù)為正，說明底層有機(jī)碳含量分布右側(cè)有較長(zhǎng)尾部，較低值相對(duì)較多。這與梯田各層土壤有機(jī)碳含量的平均值大小分布相吻合，進(jìn)一步表明底層土壤有機(jī)碳含量較少，而梯田土壤有機(jī)碳含量有耕層聚集現(xiàn)象。

由圖2可得，土壤有機(jī)碳含量大多集中分布于4～<6 g/kg 范圍內(nèi)。通過K-S統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，說明研究區(qū)樣本土壤有機(jī)碳含量符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)具有代表性。該小流域梯田土壤深60 cm土層土壤有機(jī)碳含量的平均值為 6.67 g/kg，根據(jù)土壤有機(jī)碳含量與有機(jī)質(zhì)含量間的轉(zhuǎn)換系數(shù)1.724可將流域梯田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)換為有機(jī)質(zhì)，其均值約為 11.50 g/kg。以全國(guó)第2次土壤普查各級(jí)養(yǎng)分為標(biāo)準(zhǔn)，可知黃花甸子流域梯田土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等水平，土壤肥力適中。

3.2 梯田土壤固碳潛力

流域梯田是該區(qū)水土保持的重要保障，當(dāng)?shù)靥萏锿寥烙袡C(jī)碳的固定不僅可以降低大氣CO2濃度，緩解全球氣候變暖、減少霧霾等，還能增加田內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量，使作物生長(zhǎng)良好，從而提升其水土保持效應(yīng)?？茖W(xué)估測(cè)出梯田土壤某一時(shí)間段內(nèi)土壤碳的吸存容量，可為未來梯田土壤碳庫管理及全球碳循環(huán)研究奠定基礎(chǔ)。

3.2.1 梯田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀 土壤碳儲(chǔ)量是表征土壤固碳潛力狀況的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。估算黃花甸子流域梯田土壤碳儲(chǔ)量，有利于掌握當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤質(zhì)量狀況并根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)的土壤固碳管理措施，進(jìn)而起到固碳環(huán)保的效果。本試驗(yàn)選取黃花甸子流域梯田0～60 cm深度土壤作為研究對(duì)象，根據(jù)黃花甸子流域土地利用現(xiàn)狀圖，對(duì)照實(shí)地調(diào)查情況，得到梯田的面積，并對(duì)2015年黃花甸子流域梯田土壤進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，統(tǒng)計(jì)出該流域梯田土壤現(xiàn)存碳儲(chǔ)量狀況（表2）。

整個(gè)土壤剖面（0～60 cm）總碳儲(chǔ)量約為0.053 99×106 t。梯田土壤耕層（0～20 cm）是作物的主要生長(zhǎng)層，與外界有直接的物質(zhì)、能量交換，作物殘?bào)w分解后也會(huì)進(jìn)入該層土壤，是作物代謝所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源。因此，耕層有機(jī)碳儲(chǔ)量將直接影響土壤性質(zhì)及作物生長(zhǎng)。然而，處在土壤圈最表層的耕層易受自然因素和人類活動(dòng)的影響，有機(jī)碳儲(chǔ)量具有不穩(wěn)定性。黃花甸子流域梯田耕層有機(jī)碳儲(chǔ)量為 0.017 93×106 t，占60 cm剖面土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的33.2%。該流域梯田作物主要生長(zhǎng)層為深0～40 cm的土層，深20～40 cm 的土層作物根系比耕層（0～20 cm）少，其土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為0.017 05×106 t。從深40～60 cm開始向下的土層中，基本沒有作物根系生長(zhǎng)，但該層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為 0.019 01×106 t，約是整個(gè)土壤剖面（0～60 cm）的35.2%。從表層到底層，梯田60 cm深度范圍內(nèi)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量由大到小表現(xiàn)為底層>耕層>中層。底層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最大，這是因?yàn)榈讓油寥朗苋藶闄C(jī)械耕作的壓實(shí)作用，土壤較密實(shí)，容重大。此外，受降雨淋溶作用，土壤碳易下滲積累到底層。

3.2.2 梯田土壤固碳潛力預(yù)測(cè) 在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)田被認(rèn)為是碳吸收量大且能有效降低大氣CO2的場(chǎng)所。當(dāng)環(huán)境條件一定時(shí)，土壤在一段時(shí)間內(nèi)的碳容納量是衡量土壤固碳潛力的指標(biāo)。本試驗(yàn)選擇該流域梯田和退耕還林地80個(gè)樣點(diǎn)土壤作為研究對(duì)象，將梯田土壤現(xiàn)存碳量與退耕后達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的碳儲(chǔ)量作差，得到土壤固碳潛力。分析梯田土壤固碳容量，可為科學(xué)合理地管理土地資源提供參考依據(jù)。

通過調(diào)查采樣并進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，得到黃花甸子流域梯田的耕層、中層、底層土壤退耕為林地后的有機(jī)碳密度分別 3.37、2.12、2.04 kg/m2;如果該流域梯田退耕還林后，其土壤固碳潛力如表3所示。

如表3所示，梯田耕層土壤現(xiàn)存碳量與退耕還林穩(wěn)定狀態(tài)的碳儲(chǔ)量各占剖面土壤的33.20%、44.75%。說明農(nóng)田退耕還林后，耕層土壤有機(jī)碳積累量有所增加。相對(duì)于現(xiàn)有碳儲(chǔ)量，梯田土壤退耕還林后碳儲(chǔ)量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，各層土壤的固碳潛力大小表現(xiàn)為耕層>中層>底層。耕層和剖面土壤理想固碳潛力大小分別是0.018 90×106、0.028 31×106 t，其中土壤耕層固碳潛力占剖面土壤的66.76%，說明梯田土壤的耕層最具固碳潛力。

林地土壤碳容納量大于農(nóng)田，農(nóng)田退耕還林地過程具有較大固碳潛力。然而，退耕還林帶來的土壤碳庫增加是以放棄大量農(nóng)田為代價(jià)的，農(nóng)田的減少使當(dāng)?shù)丶Z食無法滿足人們的基本需求，這樣的固碳方式顯然不可行。本試驗(yàn)研究的固碳潛力是在保證當(dāng)?shù)厝思Z食需求的前提下，有多少農(nóng)田可實(shí)現(xiàn)退耕，從而估測(cè)部分農(nóng)田退耕后土壤的現(xiàn)實(shí)固碳潛力。敖漢旗黃花甸子流域梯田須滿足約1 900人的糧食需求，按照每人日均需糧0.75 kg估算，則糧食的人均年需量為 273.75 kg，每年所需糧食共計(jì)5.2×105 kg。按照平均單產(chǎn)為3 375 kg/hm2計(jì)算，則至少須要保留154 hm2耕地。由表3可以看出，耕層土壤現(xiàn)實(shí)固碳潛力是0.016 24×106 t，土壤剖面的現(xiàn)實(shí)固碳潛力為0.024 32×106 t，耕層固碳潛力約占 60 cm 深度土壤的66.78%。可見，耕層土壤在梯田碳固定方面起關(guān)鍵作用，是農(nóng)田碳儲(chǔ)量的重要組成部分。同時(shí)，由于耕層因與外界直接接觸，其耕作條件能受人為因素控制;因此，保護(hù)耕層能夠更好地發(fā)揮農(nóng)田固碳能力，起到優(yōu)化土壤與緩解大氣溫室效應(yīng)的雙重作用。

4 討論

梯田具有均勻而平整的特點(diǎn)，能減少地表徑流，從而有效緩解坡耕地的水土流失現(xiàn)象，固持土壤有機(jī)碳含量，進(jìn)而提高土壤保肥蓄水能力，保障糧食安全[8]。丘陵區(qū)中土壤結(jié)構(gòu)性差、養(yǎng)分含量低且生產(chǎn)力低的母質(zhì)土壤經(jīng)過耕作熟化后逐漸發(fā)育為梯田[23]。在此條件下，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年增加，有機(jī)質(zhì)有利于土壤形成團(tuán)聚體，土壤結(jié)構(gòu)性會(huì)因此提高[12]。因此，探究提高梯田土壤肥力的方法是有必要的。土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高是土壤肥力提升的表現(xiàn)[24]。本試驗(yàn)得出，梯田土壤有機(jī)碳量隨土層深度的加深而減少，這與南雅芳等對(duì)綠洲農(nóng)田、梯田土壤有機(jī)碳分布研究結(jié)論[20，25]一致。此外，大多數(shù)林地土壤有機(jī)碳含量隨土層深度的變化也表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)[16，26]。黃花甸子流域梯田土壤有機(jī)質(zhì)的均值約為 11.50 g/kg，高于我國(guó)栗鈣土土壤有機(jī)質(zhì)均值10.45 g/kg[27]，其土壤有機(jī)質(zhì)處于中等水平。這與劉思涵對(duì)梯田土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量的研究結(jié)論[12]一致。

關(guān)于梯田固碳潛力，West理論認(rèn)為，農(nóng)田土壤中有機(jī)碳含量會(huì)受外界環(huán)境及人為因子等的影響而處于動(dòng)態(tài)變化中，但當(dāng)SOC輸入量和輸出量達(dá)到平衡，固碳量飽和時(shí)，土壤固碳潛力最大[19]。韓新輝等對(duì)農(nóng)田退耕還林后12年的土壤有機(jī)碳進(jìn)行測(cè)定對(duì)比得出，退耕后有機(jī)碳含量明顯增加，這說明農(nóng)田有較大固碳潛力[28]。因此，本試驗(yàn)將梯田退耕還林時(shí)的土壤碳庫量作為土壤飽和碳儲(chǔ)量。退耕后帶來的增加的固碳能力即為農(nóng)田土壤固碳潛力。但本試驗(yàn)是在敖漢旗黃花甸子流域的氣候等因素不變的情況下對(duì)固碳潛力進(jìn)行測(cè)算的;然而，實(shí)際上隨著氣候等環(huán)境因素的變化，固碳潛力狀況就會(huì)受到影響。也就是說，農(nóng)田固碳潛力具有動(dòng)態(tài)變化性，要想更精確地統(tǒng)計(jì)出梯田一段時(shí)間內(nèi)的固碳潛力，須要進(jìn)一步研究。

梯田土壤固碳潛力的提升對(duì)于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、固碳減排和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的碳儲(chǔ)量可采用連續(xù)測(cè)量法得到其不變狀態(tài)時(shí)的值，其值越大，固碳潛力越大。提高土壤固碳潛力的方法主要有：增施有機(jī)糞肥;提倡秸稈還田;糧肥作物輪作、間作，農(nóng)地用養(yǎng)結(jié)合;種植綠肥;增加土壤的耕作層厚度[27]。農(nóng)田土壤固碳潛力的增大不僅會(huì)使土壤肥力提高，還可以降低空氣中的溫室氣體以優(yōu)化環(huán)境質(zhì)量[17，29-30]。關(guān)于土壤固碳潛力，雖然現(xiàn)在很多學(xué)者已對(duì)部分地區(qū)進(jìn)行了研究，但仍缺乏農(nóng)田方面的研究，而且對(duì)于土壤固碳潛力大小的評(píng)判沒有綜合標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)研究有待進(jìn)一步深入。

5 結(jié)論

本試驗(yàn)以內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗黃花甸子流域梯田土壤為研究對(duì)象，對(duì)其60 cm深度土壤有機(jī)碳含量和土壤固碳潛力進(jìn)行研究，得到該流域梯田土壤質(zhì)量及其固碳能力：（1）黃花甸子流域梯田土壤有機(jī)碳含量隨土層深度的加深而減少，具有表聚現(xiàn)象。梯田60 cm深度土壤有機(jī)碳含量的均值為 667 g/kg，轉(zhuǎn)為有機(jī)質(zhì)是11.50 g/kg，以全國(guó)第2次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，其有機(jī)質(zhì)含量處于中等水平。（2）梯田土壤退耕還林后，各層土壤固碳潛力由大到小均表現(xiàn)為耕層>中層>底層。耕層理想和現(xiàn)實(shí)固碳潛力分別為：0.018 90×106、0.016 24×106 t。土壤耕層固碳潛力占剖面土壤的固碳潛力較大，在梯田土壤中耕層最具固碳潛力。在農(nóng)作活動(dòng)中，應(yīng)該著重保護(hù)耕層土壤，增加其碳累積量，充分發(fā)揮農(nóng)田的固碳功能。（3）土壤60 cm深度的理想固碳潛力約是 0.028 31×106 t，在滿足當(dāng)?shù)厝丝诩Z食需求量的情況下，可退耕的農(nóng)田面積約為9.39 km2，因此現(xiàn)實(shí)固碳潛力為0.024 32×106 t。

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